DE10053377A1 - Gerät und Verfahren zur Dickenmessung - Google Patents

Abstract

Ein Gerät zur Messung der Dicke von Schichten beinhaltet einen ersten (16) und einen zweiten (18) Induktor, die Spulen sein können, eine Einrichtung (14, 15) zum Bewirken, daß ein Wechselstrom in den Induktoren fließt, und eine Einreichung (9) zum Messen der Impedanz der Induktoren (16, 18). Die Induktoren sind so angeordnet, daß der erste Induktor (16) ausreichend nahe an einer leitenden Oberfläche angeordnet werden kann, so daß sich seine Impedanz ändert, und daß, bei solcher Plazierung, jedwede Änderung der Impedanz des zweiten Induktors (18), welche durch die Oberfläche hervorgebracht wird, verglichen mit der Änderung der Impedanz des ersten Indutkor (16) vernachlässigbar klein ist. Ein Prozessormittel (9) ist vorgesehen und dazu eingerichtet, einen temperaturkompensierten Dickenmesswert aus den gemessenen Impedanzen beider Induktoren (16, 18) zu berechnen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät und ein Verfahren zur Dickenmes­ sung, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für das Messen der Dicke elektrisch nicht leitender Schichten auf elektrisch leitenden Substraten und von elektrisch leitenden Materialien, einschließlich elektrisch leitender Schichten auf elektrisch nicht leitenden Substraten.

Mehrere Arten von Dickenmeßgeräten sind bekannt. Ein Verfahren, das bei solchen Geräten zur Ermittlung von Schichtstärken benutzt wird, ist das sogenannte Wirbelstromverfahren. Dieses Verfahren beruht auf dem Um­ stand, daß die Impedanz einer Spule, welche einen Wechselstrom führt, sich in Abhängigkeit von dem Abstand der Spule von einer elektrisch lei­ tenden Oberfläche ändert. Geräte, die diese Methode anwenden, weisen typischerweise einen Prüftaster mit einer Spule auf. Dieser Taster wird mit einem beschichteten, leitenden Substrat in Berührung gebracht, wodurch die Spule in einem vorbestimmten Abstand von dem Substrat plaziert wird. Ein Wechselstrom wird an die Spule angelegt, und deren Impedanz wird gemessen. Dies ermöglicht es, den Abstand der Spule vom Substrat zu mes­ sen, von welchem Abstand der vorbestimmte Abstand subtrahiert werden kann, um die Dicke der Schicht zu erhalten.

Ein Weg zur Messung der Impedanz einer Spule besteht darin, sie in einen LC-Schwingkreis einzufügen, dessen Schwingungsfrequenz von der Impe­ danz der Spule abhängt. Die Impedanz läßt sich dann aus der Schwingungs­ frequenz ermitteln. Ein Gerät, das diesen Lösungsansatz benutzt, ist in der US-PS 5 241 280 offenbart.

Ein Problem bei dem Wirbelstromverfahren besteht darin, daß die Impe­ danz einer Spule gewöhnlich temperaturabhängig ist. Änderungen der Um­ gebungstemperatur können daher die Genauigkeit von Messungen beein­ trächtigen, die unter Verwendung eines Meßgerätes auf Spulenbasis ge­ macht werden.

Die US-PS 5 828 212 offenbart ein Schichtdickenmeßgerät mit einem ma­ gnetfeldempfindlichen Sensormittel, einer Meßeinrichtung zur Messung des temperaturabhängigen Innenwiderstandes des Sensormittels, und mit einem Temperaturkompensierungsmittel, das mit der Meßeinrichtung verbunden ist, um die Temperaturdrift der Meßeinrichtung zu kompensieren. Aus die­ ser Offenbarung ist abzuleiten, daß das Gerät die Temperatur des Sensors ermittelt und sodann eine geeignete Kompensation aufgrund der ermittelten Temperatur durchführt. Dies ist ein ziemlich komplizierter Lösungsansatz, weil es erforderlich ist, die Temperaturabhängigkeit des Sensors zu kennen, um eine geeignete Korrektur durchzuführen. Auch kann sich die Tempera­ turabhängigkeit eines Sensors mit der Zeit verändern, wofür bei diesem Ge­ rät keine Kompensierung möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät und ein Verfahren zu schaffen bzw. aufzuzeigen, wodurch Dickenmessungen unter Benutzung des Wirbelstromverfahrens so durchgeführt werden können, daß Tempera­ tureinflüsse kompensiert sind.

Hinsichtlich des ersten Aspektes der Erfindung ist diese Aufgabe erfin­ dungsgemäß durch ein Gerät gelöst, das die Merkmale des Anspruches 1 aufweist. Der zweite Aspekt der Erfindung ist erfindungsgemäß durch das die Merkmale des Anspruches 16 aufweisende Verfahren gelöst.

Durch die Erfindung wird ein Gerät zur Dickenmessung zur Verfügung ge­ stellt, das ausreichend wirtschaftlich herstellbar ist, so daß es zu einem Preis erhältlich ist, der für einen gelegentlichen, nicht fachmännischen Anwender annehmbar ist, wobei das Gerät in der Lage ist, die Meßwerte in einer Wei­ se anzugeben, die für einen nicht fachmännischen Benutzer leicht verständ­ lich ist. Für die Anwendung durch nicht fachmännische Personen wurde bereits der Versuch unternommen, ein vereinfachtes Gerät zur Verfügung zu stellen, wie es in der US-PS 5 828 192 beschrieben ist, die die Benut­ zung einer vereinfachten Sichtanzeige offenbart, die drei Anzeigeelemente aufweist, um den Bereich anzugeben, in den eine Schichtstärke fällt, wel­ che durch ein übliches Gerät gemessen wird. Ein weiteres derartiges Gerät ist in der GB-PS 2 108 672 beschrieben. Da beide Geräte übliche Dicken­ meßgeräte benutzen, sind sie auf das Messen von Schichtstärken auf ledig­ lich ferritischen oder lediglich nicht ferritischen Substraten eingeschränkt. Obgleich Geräte zur Dickenmessung sowohl an ferritischen als auch nicht ferritischen Substraten bekannt sind, etwa wie in der US Re 35 703 be­ schrieben, neigen sie dazu, kompliziert und teuer und daher für eine gele­ gentliche Benutzung durch laienhafte Personen ungeeignet zu sein. Durch die Erfindung ist ein Gerät geschaffen, das in der Lage ist, Schichtstärken sowohl an ferritischen als auch nicht ferritischen Substraten zu messen.

Insbesondere ist das erfindungsgemäße Gerät billig herstellbar, leicht an­ zuwenden und hat eine kompakte Bauweise, wie sie für die Benutzung bei Automobilbetrieben geeignet ist, um zu ermitteln, ob Reparaturarbeiten an Fahrzeugkörpern durchgeführt worden sind, wobei Temperaturkompensati­ on erforderlich ist.

Gemäß dem bekannten Wirbelstromverfahren ist es durch Messen der Im­ pedanz des ersten, bei der Erfindung vorgesehenen Induktors möglich, des­ sen Abstand von einer leitenden Oberfläche zu ermitteln und daher, wenn der Induktor um einen bekannten Abstand von einer nicht leitenden Schicht auf der leitenden Oberfläche plaziert ist, die Dicke dieser Schicht. Es ist auch möglich, die Dicke eines leitenden Materials, beispielsweise die Dic­ ke einer leitenden Schicht auf einem nicht leitenden Substrat, zu ermitteln, weil dies ebenfalls einen Einfluß auf die Impedanz eines Induktors hat, der einen Wechselstrom führt. Dies ist deshalb der Fall, weil die Dicke eines leitenden Materials die Reluktanz des magnetischen Kreises beeinflußt. Wenn die Materialstärke sich verringert, so nehmen die Wirbelströme, die in dem Material durch einen Wechselstrom führenden Induktor induziert werden, ab, was wiederum die Impedanz des Induktors beeinflußt. Für gute Genauigkeit sollte die Frequenz des Wechselstromes in geeigneter Weise gewählt werden, je nachdem, ob die Dicke einer nicht leitenden Schicht auf einem leitenden Substrat oder die Dicke eines leitenden Materials ge­ messen werden soll.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Anordnung eines zweiten Induk­ tors und dessen Positionierung in der Weise, daß seine Impedanz nicht durch die Oberfläche beeinflußt wird, die gemessen wird, ist es möglich, einen Referenzwert zu ermitteln, welcher lediglich durch die Temperatur und andere Umgebungsbedingungen beeinflußt ist, welchen beide Indukto­ ren ausgesetzt sind, und dieser Referenzwert kann benutzt werden, um die Wirkungen dieser Einflüsse von der gemessenen Impedanz des anderen Induktors zu subtrahieren, um eine Impedanz zu erhalten, die von der Temperatur und den anderen Bedingungen unabhängig ist. Durch Benutzen eines Referenzinduktors ist keine genaue Kenntnis der Temperaturabhän­ gigkeit der Impedanz der Induktoren erforderlich.

Der erste und der zweite Induktor haben vorzugsweise im wesentlichen die gleiche Impedanz. Die Impedanz beider Induktoren hat vorzugsweise im wesentlichen die gleiche Temperaturabhängigkeit. Die zwei Induktoren können so angeordnet werden, daß der Einfluß auf die Impedanz des zwei­ ten Induktors verglichen mit dem Einfluß auf die Impedanz des ersten In­ duktors vernachlässigbar ist, wenn der erste Induktor nahe an einer leiten­ den Oberfläche plaziert wird und der zweite Induktor eine davon entfernte Lageanordnung besitzt. Vorzugsweise sind sie hierfür zumindest etwa um 10 mm voneinander entfernt. Alternativ könnte eine Barriere zwischen den Induktoren angeordnet werden, beispielsweise eine Metallplatte.

Die Induktoren sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie beide im wesent­ lichen den gleichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind, insbesondere der Temperatur. Die Induktoren sind vorzugsweise beide Spulen, eine erste und eine zweite Spule. Die erste Spule weist vorzugsweise einen hochper­ meablen Kern auf, beispielsweise einen Ferritstab. Dies konzentriert und intensiviert das durch die Spule erzeugte Magnetfeld und erhöht damit den Meßbereich des Gerätes. Die erste Spule ist vorzugsweise in einem Prüfta­ ster angeordnet, der eine Tasterspitze aufweist. Die äußere Oberfläche der Tasterspitze hat vorzugsweise eine halbkugelige Form.

Jeder abgestimmte Schwingkreis weist vorzugsweise einen Kondensator auf. Die Einrichtung, die bewirkt, daß Strom in jedem Kreis fließt, kann auf ei­ nem, Verstärker hoher Verstärkung basieren oder einem Komparator, und die Einrichtung zur Messung der Frequenz kann einen programmierten Mi­ kroprozessor aufweisen. Die Schwingungsfrequenz wird vorzugsweise er­ mittelt, indem man die Zeit mißt, die vergeht, bis eine Anzahl von Schwin­ gungen stattfindet. Die Schwingungsfrequenz ist vorzugsweise niedriger als 100 kHz. Dies ist weit niedriger als die Frequenzen, die bei üblichen Gerä­ ten benutzt werden, welche das Wirbelstromprinzip anwenden. Somit kön­ nen die elektronischen Einrichtungen des Gerätes im Vergleich zu denjeni­ gen bekannter Geräte vereinfacht werden, während weiterhin Dickenmes­ sungen mit einer Genauigkeit ausgeführt werden können, die für den gele­ gentlichen Nutzer ausreichend ist.

Es kann eine Einrichtung vorgesehen sein, um die Resonanzfrequenz der zwei Kreise zu verändern. Diese kann zwei oder mehrere zusätzliche Kon­ densatoren aufweisen, die durch den Mikroprozessor in die betreffenden Kreise anstelle der oder parallel zu den oder in Reihe mit den Kondensato­ ren der Kreise eingeschaltet werden können. Dies würde erlauben, die Fre­ quenz der Schwingung des Stromes in dem Kreis für eine spezielle Anwen­ dung des Gerätes zu optimieren. Insbesondere kann die Resonanzfrequenz der zwei Kreise zwischen etwa 30 kHz und etwa 50 kHz umgeschaltet wer­ den.

Die Verarbeitungseinrichtung kann einen programmierbaren Mikroprozes­ sor aufweisen. Sie ist vorzugsweise dazu eingerichtet, um eine temperatur­ kompensierte Impedanz für die erste Spule zu erhalten, indem die gemes­ sene Impedanz der zweiten Spule von der ersten subtrahiert wird. Insbe­ sondere kann die Verarbeitungseinrichtung die Zeit, die für eine gegebene Anzahl von Schwingungen in dem die zweite Spule enthaltenden Kreis (dem Referenzkreis) verstreicht, von dem äquivalenten Wert für den Kreis subtrahieren, der die erste Spule enthält (dem Prüftasterkreis). Indem so ver­ fahren wird, wird jedwede Änderung der Impedanz der Spulen aufgrund der Temperatur oder irgendeines anderen Effektes der Umgebungsbedin­ gungen, denen beide Spulen ausgesetzt sind, ausgelöscht, wie auch die "Freiluft"-Impedanz (d. h. die Impedanz, wenn die Spulen von jedwedem leitenden Material weit entfernt sind) der Spulen ausgelöscht wird. Der re­ sultierende Wert bezieht sich daher auf die temperaturunabhängige Ände­ rung der Impedanz der ersten Spule, wie sie hervorgerufen wird, indem sie aus "Freiluft" in eine Position gebracht wird, die einer leitenden Oberfläche eng benachbart ist. Dieser Wert steht mit dem Abstand der Spule von der leitenden Oberfläche und/oder der Dicke des leitenden Materials in Bezie­ hung, das unter dieser Oberfläche liegt.

Idealerweise sollte der Unterschied zwischen den Werten für jeden Kreis, wenn beide Spulen sich in "Freiluft" befinden, Null sein. In der Praxis be­ deuten jedoch Unterschiede in den zwei Kreisen und andere Faktoren, daß dies grundsätzlich nicht so ist.

Die Verarbeitungseinrichtung ist daher auch vorzugsweise so eingerichtet, daß sie aufeinanderfolgend von dem temperaturkompensierten Wert einen äquivalenten Wert subtrahiert, der erhalten wird, wenn beide Spulen sich in "Freiluft" (der Nullwert) befinden.

Die Impedanz der Spule nimmt zu, wenn sie an ein ferritisches Material herangebracht wird und nimmt ab, wenn sie an ein nicht ferritisches Mate­ rial herangebracht wird. Daher ist, wenn die Prüfspitze in Berührung mit einer nicht leitenden Schicht entweder an einem ferritischen oder nicht fer­ ritischen leitenden Substrat gebracht wird, das Vorzeichen und die Größe des durch den Mikroprozessor errechneten Wertes für den Typ des Substra­ tes und die Dicke der Schicht kennzeichnend.

Das Gerät beinhaltet vorzugsweise auch ein Anzeigemittel, um eine Infor­ mation anzuzeigen, die mit der Dickenmessung in Bezug steht. Dieses kann zwei oder mehrere Elemente aufweisen, beispielsweise Lampen, von denen eine mehr als eine Farbe sichtbar machen kann.

Die Verarbeitungseinrichtung kann so eingerichtet sein, daß sie eine Lampe in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des berechneten Wertes zum Leuch­ ten bringt, um entweder ein ferritisches oder ein nicht ferritisches Material anzuzeigen, und daß sie bewirkt, daß die andere Lampe eine unterschiedli­ che Farbe zeigt, je nach dem Bereich, in den die Größe des Meßwertes fällt. Dies könnte dazu dienen, die normale Dicke einer Farbschicht, die doppelte Dicke oder eine größere Dicke anzuzeigen, was für eine Spachte­ lung an einer Fahrzeugkarosse kennzeichnend wäre.

Schwellenwerte für das Einschalten der Lampe können in die Verarbei­ tungseinrichtung programmiert werden und würden von der Anwendung abhängig sein, für die das Gerät verwendet werden soll.

Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel könnte eine numerische oder alphanumerische Sichtanzeige vorgesehen sein, um tatsächliche Dic­ kenwerte anzuzeigen.

Das Gerät ist vorzugsweise in einem Gehäuse angeordnet, aus dem die Prüfspitze vorsteht. Die Prüfspitze kann federbelastet sein, so daß sie in das Gehäuse hineingedrückt werden kann, jedoch in ihre Ausgangsstellung un­ ter Einwirkung der Feder zurückkehrt. Das Gehäuse kann eines oder mehre­ re Steuerelemente beinhalten, insbesondere einen Schalter, um das Gerät einzuschalten. Das Gerät ist vorzugsweise battierbetrieben und besitzt eine Einrichtung zur Unterbringung einer Batterie in dem Gehäuse.

Es wurde gefunden, daß die "Freiluft"-Impedanz der Spulen die Neigung hat, sich zu ändern. Vorzugsweise ist daher die Möglichkeit geboten, das Gerät neu zu kalibrieren, indem man einen neuen Nullwert speichert, der erhalten wird, indem man das Gerät entfernt von leitenden Materialien be­ tätigt. Es hat sich gezeigt, daß, wenn vorgesehen ist, daß der Nullwert nach Bedarf neu gespeichert wird, die verschiedenen Schwellenwerte für eine spezielle Anwendung die gleichen bleiben können, wenn ausreichende Genauigkeit für einen gelegentlichen Nutzer geboten werden muß.

Ein Steuerelement kann am Gehäuse vorgesehen sein, um zu ermöglichen, daß ein neuer Nullwert gespeichert wird.

Die Anordnung kann so getroffen sein, daß der Mikroprozessor neu pro­ grammierbar ist, um zu ermöglichen, daß das Gerät für verschiedene Funk­ tionen benutzt werden kann.

Die vorliegende Erfindung stellt ein kompaktes, einfach benutzbares Meß­ gerät zur Verfügung, das billig herstellbar ist, trotzdem jedoch eine gute Genauigkeit bietet, wenn es zur Messung sowohl ferritischer als auch nicht ferritischer Materialien benutzt wird, während die Probleme der Tempera­ turabhängigkeit überwunden sind, wie sie bei den existierenden Geräten auftreten.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Ausführungsbeispieles des erfindungs­ gemäßen Dickenmeßgerätes;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Gerätes von Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Blockdarstellung der Schaltung und der Komponenten des Gerätes von Fig. 1 und

Fig. 4 einen gegenüber Fig. 1 und 2 in größerem Maßstab gezeich­ neten Querschnitt des Prüftasters des Gerätes von Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 und 2 weist ein Dickenmeßgerät ein im wesentlichen kubi­ sches Gehäuse auf, das aus zwei Kunststoffteilen 1 und 2 gebildet ist. Am Gehäuse ist eine Schleife 3 befestigt, durch die ein geschlitzter Ring 4 gefä­ delt ist, der als Schlüsselring benutzt werden kann. Das Gehäuse ist so be­ messen, daß es bequem in der Hand gehalten werden kann und in eine Tasche eines Kleidungsstückes paßt.

Hinter Öffnungen, die durch die obere Oberfläche des Gehäuses hindurch ausgebildet sind, sind, wie dargestellt ist, ein Knopf 5 zur Betätigung eines Schalters, eine Leuchtdiode (LED) 6 für eine einzige Farbe sowie eine drei­ farbige LED 7 angeordnet, die in der Lage ist, die Farbe rot, gelb oder grün zu zeigen. Hinter einer Öffnung, die durch die Unterseite des Gehäuses hindurch ausgebildet ist, ist ein federbelasteter Prüftaster angeordnet, des­ sen halbkugelförmige Spitze 8 durch die Öffnung hindurch vorspringt. Der Prüftaster ist gegen die Öffnung hin, vom Gehäuse weg, mittels einer Feder (nicht gezeigt) vorgespannt und kann in das Gehäuse hinein gedrückt wer­ den, von wo er unter der Wirkung der Feder wieder zurückkehrt. Bei der Benutzung wird die Spitze 8 des Prüftasters angrenzend an die Oberflächen plaziert, von denen Messungen gewonnen werden sollen. Da die Spitze 8 aus dem Gehäuse heraus vorspringt, kann sie bequem an ebene, konvexe und verschiedene konkave Oberflächen angelegt werden.

Weitere Komponenten sind in dem Gehäuse angeordnet. Diese sind in Fig. 3 und 4 gezeigt. Wie unter Bezugnahme auf diese Figuren zu ersehen ist, weist das Gerät einen programmierbaren Mikroprozessor 9 auf. Dieser wird durch eine kleine Alkalibatterie 10 gespeist, mit der er über einen Regler 11 verbunden ist, der die Energiezufuhr steuert und eine stabile Spannung für den Mikroprozessor liefert. Der Mikroprozessor 9 ist auch mit einem nor­ malerweise offenen Schalter 12 verbunden, der geschlossen werden kann, indem man den Knopf 5 niederdrückt und gedrückt hält, um eine Verbin­ dung zwischen der einen Seite der Batterie 10, dem Mikroprozessor 9 und dem Regler 11 herzustellen.

Der Mikroprozessor 9 ist auch mit den LEDs 6 und 7 und einem Ein­ gang/Ausgang-Anschluß 13 verbunden, welcher zugänglich ist, wenn das Gehäuse geöffnet wird, indem man die Teile 1 und 2 voneinander trennt. Alternativ könnte eine Öffnung in dem Gehäuse vorgesehen sein, um den Zugang zu dem Anschluß zu ermöglichen. Dieser ermöglicht es, das Gerät mit weiteren Geräten zu verbinden, beispielsweise einem Display oder einem Rechner für die Neuprogrammierung des Mikroprozessors 9.

Der Mikroprozessor 9 ist auch mit zwei Oszillatoren 14 und 15 verbunden, der Oszillator 14 ist mit einem Prüftaster 16 und einem Kondensator 17 parallel geschaltet.

Der Taster 16 ist in Fig. 4 in näheren Einzelheiten gezeigt. Er weist eine Spule 20 auf, die um einen Formkörper 21 aus Kunststoff gewickelt ist, wel­ cher eine Öffnung definiert, in der ein zylindrischer Ferritstab 22 so unter­ gebracht ist, daß er mit der Spule 20 koaxial ist. Der Formkörper 21 bildet auch die halbkugelförmige Spitze 8 des Tasters 16, welche um die Achse der Spule 20 und des Stabes 22, welcher sich gerade bis zur inneren Ober­ fläche der Spitze 8 erstreckt, zentrisch ist. Die Spule 20 ist etwa zwei Drittel der Länge des Stabes von der Tasterspitze weg angeordnet. Bei der Benut­ zung wird die Prüfspitze 8 in Berührung mit einer Oberfläche gebracht, von der Messungen genommen werden sollen, vorzugsweise so, daß die Achse von Spule 20 und Stab 22 senkrecht zu der Oberfläche ist. Die halbkugelige Oberfläche der Prüfspitze 8 hilft, Meßfehler aufgrund winkelmäßiger Feh­ lausrichtung des Tasters zu verringern. Der Ferritstab 22 ist hochpermeabel und bewirkt, daß das Magnetfeld, das durch einen in der Spule 20 fließen­ den Strom erzeugt wird, sich beträchtlich über die Spule hinaus erstreckt. Ohne den Ferritstab 22 wäre der Bereich des Gerätes sehr begrenzt. Der Betrieb des Gerätes wird unten näher erläutert.

Der Oszillator 15 ist mit einer Spuleneinheit 18 parallel geschaltet, welche eine um einen Formkörper herum gewickelte Spule mit einem Ferritstab­ kern, ähnlich dem Prüftaster 16, jedoch ohne eine Spitze, sowie einen Kondensator 19 beinhaltet, der dem Kondensator 17 ähnlich ist. Insbeson­ dere weist die Spule der Spuleneinheit 18 im wesentlichen die gleiche Im­ pedanz auf wie diejenige des Prüftasters 16, und die Impedanz beider Spu­ len hat eine im wesentlichen gleiche Temperaturabhängigkeit. Die Konden­ satoren 17 und 19 besitzen auch im wesentlichen gleiche Kapazität und Temperatureigenschaften. Die Spuleneinheit 18 ist von dem Prüftaster 16 um etwa 10 mm entfernt.

Zwei zusätzliche Kondensatoren 23 und 24 sind ebenfalls vorgesehen, die beide im wesentlichen gleiche Kapazität und Temperatureigenschaften be­ sitzen. Diese Kondensatoren können durch den Mikroprozessor 9 so ge­ schaltet werden, daß sie mit den Kondensatoren 17 bzw. 19 parallel oder in Reihe liegen.

Wenn eine Spule an leitendes Material nahe herangebracht wird, ändert sich ihre Impedanz. Das Gerät benutzt diesen Effekt, um die Dicke nicht leitender Schichten auf leitenden Substraten zu messen sowie die Dicke leitenden Materials. Bei der Benutzung wird die Spitze 8 des Prüftasters 16 in Anlage an eine Oberfläche gebracht, von der Messungen genommen werden sollen, und das Gerät ermittelt die Änderung der Impedanz der in dem Prüftaster 16 befindlichen Spule 20 als Ergebnis des Anlegens des Prüf­ tasters an die Oberfläche. Aus dieser Änderung kann das Gerät entweder die Dicke einer Schicht auf der Oberfläche eines leitenden Substrates ermit­ teln oder die Dicke leitenden Materials, beispielsweise eines dünnen Me­ tallbleches oder einer leitenden Beschichtung. Der Oszillator 14, die Spule 20 und der Kondensator 17 bilden zusammen einen abgestimmten Schwingkreis mit einer Resonanzfrequenz, mit der ein Wechselstrom, ge­ trieben durch den Oszillator 14, vorzugsweise schwingt. Die Resonanzfre­ quenz ist eine Funktion der Impedanz der Spule 20 und der Kapazität des Kondensators 17. Durch Vergleichen der Resonanzfrequenz, wenn sich die Prüftaster 16 in "Freiluft" befindet und wenn er sich in der Nähe einer lei­ tenden Oberfläche befindet, ist es möglich, die Impedanzänderung der Spu­ le 20 zu ermitteln, die dadurch hervorgebracht wird, daß die Spule gegen die leitende Oberfläche hin bewegt wird, und somit kann entweder die Dicke einer nicht leitenden Schicht auf der Oberfläche oder die Dicke lei­ tenden Materials bestimmt werden, das unter der Oberfläche liegt.

Der Betrieb des Gerätes wird nun in näheren Einzelheiten beschrieben. Um das Gerät einzuschalten, wird der Knopf 5 gedrückt, um den Schalter 10 zu schließen. Das Schließen des Schalters 10 bewirkt, daß der Regler 11 Ener­ gie an den Mikroprozessor 9 liefern kann. Dieser ist so eingerichtet, daß, wenn der Schalter 10 für zumindest etwa zwei Sekunden geschlossen ge­ halten und sodann wieder freigegeben wird, der Regler 11 fortfährt, Energie an den Mikroprozessor 9 etwa eine Minute fang zu liefern, bevor abge­ schaltet wird. Dies verringert die Gefahr, daß das Gerät versehentlich ange­ schaltet wird oder für fange Zeiträume angeschaltet bleibt und erhält daher die Batterieleistung.

Wie oben erwähnt, bilden der Oszillator 14, die Spule 20 und der Konden­ sator 17 zusammen einen abgestimmten LC-Schwingkreis (den Prüftaster­ kreis). Der Oszillator 15, die Spule der Spuleneinheit 18 und der Kondensa­ tor 19 bilden ebenfalls einen abgestimmten Kreis (den Referenzkreis). Wie oben erwähnt, besitzen die Spuleneinheit 18 und der Kondensator 19 des Referenzkreises Eigenschaften, die im wesentlichen gleich denjenigen der Spule 20 und des Kondensators 17 des Prüftasterkreises sind. Zweck des Referenzkreises ist es, zu ermöglichen, daß Messungen, die unter Verwen­ dung des Prüftasterkreises gemacht werden, hinsichtlich der Wirkungen von Temperaturänderungen korrigiert sind, weil sowohl die Impedanz der Spu­ len als auch die Kapazität der Kondensatoren typischerweise sich mit der Temperatur ändern. Die Spuleneinheit 18 ist ausreichend weit von dem Prüftaster 16 entfernt, so daß die Änderung ihrer Impedanz, wenn der Prüf­ taster 16 gegen eine leitende Oberfläche hin bewegt und damit in Berüh­ rung gebracht wird, weil in guter Entfernung von jedwedem leitenden Ma­ terial befindlich, vernachlässigbar gering ist, verglichen mit der Impe­ danzänderung der Spule 20.

Wenn das Gerät eingeschaltet wird, bewirkt der Mikroprozessor 9, daß bei­ de Oszillatoren 14 und 15 einen Stromimpuls abgeben, um einen Wechsel­ strom zu starten, der sowohl in dem Prüftasterkreis als auch dem Referenz­ kreis schwingt, und um anschließend die Schwingungen aufrechtzuerhal­ ten. In beiden Kreisen schwingt der Strom bei etwa 30 kHz. Der Mikropro­ zessor mißt sodann die Schwingungsfrequenz in beiden Kreisen. Dies wird erreicht, indem die Zeit gemessen wird, in der eine gegebene Anzahl Schwingungen erfolgt. Typischerweise werden 250 Schwingungen gemes­ sen, wobei die ersten 10 Schwingungen unberücksichtigt bleiben, während sich die Schwingung stabilisiert. Zusätzliche Stabilität des Meßwertes kann erhalten werden, indem man eine Gruppe von Werten mittelt. Der Meß­ wert für den Referenzkreis wird sodann von demjenigen des Prüftasterkrei­ ses subtrahiert, um einen temperaturunabhängigen Wert zu ergeben, der mit der Schwingungsfrequenz des Prüftasterkreises und damit der Impedanz der Spule 20 in Bezug steht. Der Wert für den Prüftasterkreis variiert in Ab­ hängigkeit davon, wo der Prüftaster plaziert wird. Der Mikroprozessor 9 subtrahiert sodann von diesem Wert einen "Nullwert", der vom Mikropro­ zessor gespeichert ist, um zu einem endgültigen berechneten Wert zu ge­ langen. Der Nullwert ist die Differenz zwischen der Zeit für die Zählung einer gegebenen Anzahl von Schwingungen in dem Prüftasterkreis und in dem Referenzkreis, wenn das Gerät von jedwedem leitenden Material ent­ fernt angeordnet ist, dies ist ein in "Freiluft" berechneter Wert. Daher sollte, wenn das Gerät in "Freiluft" betätigt wird, der durch den Mikroprozessor berechnete Endwert Null sein.

Wenn sie einen Wechselstrom der Frequenz von etwa 30 kHz führt, nimmt nun die Impedanz einer Spule zu, wenn sie gegen ein ferritisches leitendes Material hin bewegt wird, und nimmt ab, wenn sie gegen ein nicht ferriti­ sches leitendes Material hin bewegt wird. Daher nimmt die Impedanz der Spule 20 zu, wenn die Prüftasterspitze gegen ein leitendes, ferritisches Sub­ strat hin bewegt wird. Dies verringert die Resonanzfrequenz des Prüftaster­ kreises und verlängert die Zeit, die vergeht, um eine gegebene Anzahl von Schwingungen zu zählen. Die Resonanzfrequenz des Referenzkreises bleibt weithin unbeeinflußt, und daher ist der durch den Mikroprozessor berech­ nete Endwert, nach Subtrahieren des Referenzkreises und der Nullwerte vom Wert des Prüftasterkreises, größer als Null. In ähnlicher Weise ist der Endwert, wenn die Prüftasterspitze gegen ein nicht ferritisches leitendes Material hin bewegt wird, kleiner als Null.

Die Größe des Endwertes hängt von der Nähe der Prüftasterspitze zu der Oberfläche leitenden Materials, von der Art des Materials und von anderen Parametern ab, beispielsweise der Dicke des Materials.

Es zeigt sich, daß die Impedanz der Spulen in "Freiluft", und damit die Re­ sonanzfrequenz der Kreise in "Freiluft", die Neigung haben, sich zu ändern. Um zu vermeiden, daß dies eine Auswirkung auf Messungen hat, ist Vor­ sorge getroffen, das Gerät neu zu kalibrieren, indem ein neuer Nullwert gespeichert wird. Dies wird erreicht, indem man den Schalter 10 für zu­ mindest fünf Sekunden schließt. Das Gerät arbeitet sodann und speichert die Differenz zwischen der Zeit, die vergeht, bis eine vorbestimmte Anzahl von Schwingungen in dem Prüftasterkreis und in dem Referenzkreis statt­ findet, als einen neuen Nullwert, der den vorherigen Nullwert ersetzt. So­ mit sollte, um das Gerät neu zu kalibrieren, der Knopf 5 zumindest fünf Sekunden lang gedrückt werden, während sich das Gerät in einem Abstand von jedwedem leitenden Material befindet, d. h. in "Freiluft".

Die bei Vornahme einer Messung erhaltenen Ergebnisse werden dem Be­ nutzer vermittels der LEDs 6 und 7 sichtbar zur Anzeige gebracht, die durch den Mikroprozessor 9 in Abhängigkeit von dem berechneten Endwert zum Leuchten gebracht werden. Wie das Aufleuchten der LEDs von dem be­ rechneten Endwert abhängig ist, ist in den Mikroprozessor einprogrammiert und hängt von der Anwendung ab, für die das Gerät benutzt werden soll.

Eine typische Anwendung ist das Prüfen der Farbschichtdicke an Fahrzeug- Karosserieplatten, d. h. die Dicke einer nicht leitenden Schicht auf einem leitenden Substrat. Der Mikroprozessor 9 würde so eingerichtet, um die LED 6 zum Leuchten zu bringen, wenn ein positiver Endwert ermittelt wird, jedoch nicht dann, wenn ein negativer Endwert ermittelt würde. Das Auf­ leuchten der LED 6 würde somit ein ferritisches Substrat anzeigen. Die LED 7 könnte veranlaßt werden, Grün, Gelb oder Rot zu zeigen, je nach der Größe des Endwertes. Grün könnte eingeschaltet werden, wenn eine normale Farbschichtdicke erkannt wird, beispielsweise 80-140 Mikron, Gelb, wenn eine erhöhte Farbschichtdicke erkannt wird, beispielsweise 140-240 Mikron, was eine Überlackierung anzeigt, und Rot, wenn eine noch größere Schichtdicke erkannt wird, beispielsweise über 250 Mikron, was anzeigt, daß eine Platte gespachtelt und lackiert worden ist. Die tat­ sächlichen Schwellenwerte, bei denen die LED 7 zum Leuchten gebracht wird und Farbänderungen stattfinden, lassen sich durch Versuche ermitteln und in den Mikroprozessor einprogrammieren. Zusätzliche Schwellenwerte könnten durch Blinken der LED 7 angezeigt werden, möglicherweise mit einer aus einer Mehrzahl unterschiedlicher Blinkfrequenzen, wenn irgend­ eine der drei Farben gezeigt wird.

Wenn das Gerät angeschaltet wird, überwacht es dauernd die abgestimm­ ten Schwingkreise und bringt die LEDs dementsprechend zum Leuchten.

Wenn das Gerät wie oben beschrieben betätigt wird, um eine Schichtdicke zu messen, und wenn die LED 7 leuchten sollte, wenn sich das Gerät von leitenden Materialien entfernt befindet, würde dies anzeigen, daß das Gerät neu kalibriert werden sollte, indem der Knopf 5 gedrückt und für zumindest fünf Sekunden gedrückt gehalten wird.

Durch Zuschalten der zusätzlichen Kondensatoren 23 und 24 zum Prüfta­ sterkreis bzw. zum Referenzkreis ist es möglich, die Kapazität in den Krei­ sen zu ändern und damit deren Resonanzfrequenz. Die Änderung der Schwingungsfrequenz der Kreise kann für spezielle Anwendungen wün­ schenswert sein. Für manche Materialien kann sich das Ausmaß, in dem sie die Impedanz der Prüftasterspule 20 beeinflussen, mit der Frequenz be­ trächtlich ändern. In diesem Falle kann der Mikroprozessor so eingerichtet sein, um Werte unter Verwendung von mehr als einer Frequenz zu berech­ nen und diese dann verwenden, um ein Ergebnis zu ermitteln, das weniger frequenzabhängig ist. Durch Zuschalten zusätzlicher Kondensatoren 23 und 24 in geeigneter Weise ist es möglich, die Schwingungsfrequenz der Kreise auf etwa 50 kHz zu erhöhen. Das Gerät könnte auch so eingerichtet sein, um Schwingungen mit anderen Frequenzen zu ermöglichen. 50 kHz ist eine geeignete Frequenz, um die Dicke von Kupfer im Bereich von 10 bis 100 µm zu messen.

Da der Mikroprozessor programmierbar ist, kann das Gerät auf einfache Weise programmiert und neu programmiert werden, um verschiedene An­ wendungen durchzuführen, beispielsweise um die Dicke leitenden Materi­ als, etwa dünner Metalle oder leitender Schichten, festzustellen. Unter­ schiedliche Schwellenwerte und Betriebsfrequenzen sind je nach Anwen­ dung und Art des zu messenden Materials erforderlich. Geräte könnten her­ stellerseitig vorprogrammiert und für einen speziellen Zweck verkauft wer­ den, oder es könnte vorgesehen sein, daß der Benutzer eine Neuprogram­ mierung des Gerätes vornehmen könnte oder zwischen einer Anzahl ver­ schiedener, herstellerseitig vorgegebener Programme umschalten kann.

Das Gerät ist verhältnismäßig einfach, weist nur wenige Bauteile auf und ist dementsprechend kompakt und wirtschaftlich herstellbar.

Das Gerät könnte auch mit einer Sichtanzeigeeinrichtung oder einer ande­ ren Vorrichtung verbunden werden, um numerische Dickenwerte anzuzei­ gen.

Claims (20)

1. Gerät zur Dickenmessung mit einem ersten (16) und einem zweiten (18) Induktor, die jeder Teil eines betreffenden, abgestimmten Schwingkrei­ ses bilden, dessen Resonanzfrequenz sich mit der Impedanz des Induk­ tors (16 bzw. 18) ändert, einem Mittel (14, 15) zum Bewirken, daß ein Wechselstrom in jedem Kreis, und damit in jedem Induktor (16, 18), fließt, einer Einrichtung zum Messen der Schwingungsfrequenz des Wechselstromes in jedem Kreis und mit einer Verarbeitungseinrichtung (9), wobei die Induktoren (16, 18) so angeordnet sind, daß der erste In­ duktor (16) ausreichend nahe an einer leitenden Oberfläche plaziert werden kann, so daß sich seine Impedanz ändert, und daß, bei solcher Plazierung, jedwede Änderung der Impedanz des zweiten Induktors (18), die durch die Oberfläche hervorgebracht wird, verglichen mit der Änderung der Impedanz des ersten Induktors (16) vernachlässigbar klein ist, und die Verarbeitungseinrichtung (9) dazu eingerichtet ist, um eine temperaturkompensierte Dickenmessung aus den gemessenen Schwin­ gungsfrequenzen zu ermitteln.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erster und zwei­ ter Induktor (16 und 18) im wesentlichen die gleiche Impedanz besit­ zen.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impe­ danz jedes Induktors (16, 18) im wesentlichen die gleiche Tempera­ turabhängigkeit besitzt.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß erster und zweite Induktor (16, 18) voneinander entfernt sind.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsfrequenz des Wechselstromes in jedem Induktor (16, 18) weniger als 100 kHz beträgt.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß erster und zweiter Induktor erste und zweite Spulen (16 bzw. 18) sind.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel (23, 24) vorgesehen ist, um die Resonanzfrequenz jedes Krei­ ses zu ändern.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfre­ quenz jedes Kreises zwischen etwa 30 kHz und etwa 50 kHz umschalt­ bar ist.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung (9) dazu eingerichtet ist, die gemessene Schwingungsfrequenz des einen abgestimmten Schwingkreises von der­ jenigen des anderen abgestimmten Schwingkreises zu subtrahieren.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsfrequenz des Wechselstromes in jedem Kreis gemessen wird, indem die Zeitdauer gemessen wird, die vergeht, bis eine gegebe­ ne Anzahl von Schwingungen in jedem Kreis stattfindet.

11. Gerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ arbeitungseinrichtung (9) dazu eingerichtet ist, um danach einen gespei­ cherten Wert von der Differenz der gemessenen Impedanzen von erster (16) und zweiter (18) Spule zu subtrahieren.

12. Gerät nach Anspruch 11 mit einer Einrichtung, um einen neuen Wert zu speichern, indem die Differenz der gemessenen Impedanzen von erster (16) und zweiter (18) Spule gespeichert wird.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 12 mit einem Anzeigemittel, das zwei Lampen (6 und 7) aufweist, wobei die Verarbeitungseinrichtung (9) dazu eingerichtet ist, eine (6) der Lampen (6, 7) zum Leuchten zu brin­ gen, abhängig von dem Vorzeichen des berechneten Wertes, und die andere Lampe (7) zum Leuchten zu bringen, je nach dem Bereich, in dem die Größe des berechneten Wertes liegt.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einer numerischen oder alphanumerischen Sichtanzeigeeinrichtung.

15. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung einen Mikroprozessor (9) aufweist.

16. Verfahren zur Dickenmessung mit den Schritten des Vorsehens eines ersten Induktors (16), der Teil eines ersten abgestimmten Schwingkreises bildet, dessen Resonanzfrequenz sich mit der Impedanz des Induktors (16) ändert, des Positionierens desselben nahe an einer Oberfläche, von der eine Messung genommen werden soll, des Bewirkens, daß ein Wechselstrom in dem ersten Kreis fließt, dem Messen der Schwingungs­ frequenz des Induktors (16), des Vorsehens eines zweiten Induktors (18), der Teil eines zweiten abgestimmten Schwingkreises bildet, dessen Re­ sonanzfrequenz sich mit der Impedanz des zweiten Induktors (18) än­ dert, des Positionierens desselben in einem Abstand oder anderweitig isoliert von der Oberfläche, so daß jedwede Einwirkung der Oberfläche auf seine Impedanz vernachlässigbar gering ist, verglichen mit den Ein­ wirkungen, die die Oberfläche auf die Impedanz des ersten Induktors (16) hat, während beide Induktoren (16 und 18) im wesentlichen den gleichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt werden, des Messens der Schwingungsfrequenz des zweiten Kreises und des Ermittelns eines temperaturkompensierten Dickenmesswertes aus den gemessenen Fre­ quenzen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem beide Induktoren (16 und 18) erste (16) und zweite (18) Spulen sind, deren Impedanz jeweils im we­ sentlichen die gleiche ist und die im wesentlichen gleiche Tempera­ turabhängigkeit aufweisen, und daß der temperaturkompensierte Dic­ kenmesswert ermittelt wird, indem die Schwingungsfrequenz des die zweite Spule (18) enthaltenden Kreises von derjenigen des die erste Spu­ le (16) enthaltenden Kreises subtrahiert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Schwingungsfrequenz gemes­ sen wird, indem die Zeit gemessen wird, die vergeht, bis eine gegebene Anzahl von Schwingungen stattfindet.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, mit dem zusätzlichen Schritt des Subtrahierens eines gespeicherten Nullwertes von der Differenz zwi­ schen der Schwingungsfrequenz der zwei Kreise.

20. Verfahren nach Anspruch 19, mit dem zusätzlichen Schritt des Ermit­ telns des Nullwertes, indem beide Spulen (16 und 18) in einem Abstand von jedem leitenden Material angeordnet werden, ein Wechselstrom in jeder Spule (16, 18) zum Fließen gebracht wird, die Schwingungsfre­ quenz des Stromes in der zweiten Spule (18) von derjenigen der ersten Spule (16) subtrahiert wird und der ermittelte Nullwert gespeichert wird.